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第一章 绪 论 学习目标 ▲掌握混凝土结构的一般概念及特点； ▲了解混凝土结构的发展与应用概况； ▲了解本课程的主要内容、要求和学习方法。 混凝土结构设计原理 教学提示 ▲对混凝土结构的一般概念应作重点讲述； ▲同时应简要介绍混凝土结构在工程中的 应用、发展前景以及相关行业的《规范》 情况； ▲并应对混凝土结构课程的特点及学习方法 提出建议。 混凝土结构设计原理 本章主要内容 ▲混凝土结构的一般概念和特点 ▲混凝土结构的发展简况及其应用 ▲课程的主要内容、特点及学习方法 混凝土结构设计原理 第一章 绪论 1.1 混凝土结构的一般概念 1.1.1 混凝土结构的定义与分类 一、定义 以混凝土为主材，并根据需要配置钢筋、钢骨、钢 管等，作为主要承重材料的结构，均可称为混凝土 结构(Concrete Structure)。 二、分类 素混凝土结构 钢骨混凝土结构 钢筋混凝土结构 钢管混凝土结构 预应力混凝土结构 1.1 混凝土结构一般概念和特点 第一章 绪论 素混凝土结构（Plain Concrete) 1.1 混凝土结构一般概念和特点 第一章 绪论 钢筋混凝土结构（Reinforced Concrete) 钢筋混凝土梁 1.1 混凝土结构一般概念和特点 第一章 绪论 预应力混凝土结构（Prestressed Concrete) 1.1 混凝土结构一般概念和特点 第一章 绪论 钢骨混凝土结构（Steel Reinforced Concrete) (Encased Concrete) 钢骨混凝土柱 1.1 混凝土结构一般概念和特点 第一章 绪论 钢管混凝土结构（Concrete Filled Tube) 1.1 混凝土结构一般概念和特点 第一章 绪论 1.1.2、配筋的作用与要求 一、为什么想将钢筋与混凝土组合起来使用？ 主要由两者的力学性能和经济性决定的 1、混凝土的主要力学性能 （1）抗压强度较高，而抗拉强度却很低 (只有抗压强度的1/8-1/20)。 （2）破坏时具有明显的脆性性质。 1.1 混凝土结构一般概念和特点 第一章 绪论 2、素混凝土梁的受力性能 Pu ≈ Pcr Pcr = 9.7kN sc= ft fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 sc= ft 300 150 ft ft 2500 破坏时跨中截面受压边缘的压应力与抗拉强度相近，远未达到 混凝土的抗压强度，破坏表现为脆性断裂，无明显预兆。 1.1 混凝土结构一般概念和特点 第一章 绪论 3、钢材的主要性能 （1）抗拉和抗压强度都很高。 （2）延性好：多数钢材具有屈服现象，破坏时表现 出较好的延性。 （3）易于压曲失稳：细长的钢筋受压时极易压曲， 仅能作为受拉构件。 （4）耐久性和耐火性差。 因此，将混凝土和钢材这两种材料有机地结合 在一起，可以取长补短，充分利用材料的性能。 1.1 混凝土结构一般概念和特点 第一章 绪论 4、钢筋混凝土梁的受力性能 150 Pu ≈ 52.5kN Py ≈ 50.0kN Pcr = 9.7kN sc= ft fc=13.4N/mm2 ft=1.54N/mm2 fy=335N/mm2 sc=sfcfct 300 2f16 ft ft s fys 2500 配置钢筋后： ▲ RC梁的承载力（52.5kN)比素混凝土梁（9.7kN)大大提高， ▲钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分利用， ▲破坏过程有明显预兆。 第一章 绪论 二、钢筋与混凝土共同工作的条件 （1）钢筋和混凝土之间存在良好的粘结力； 保证在荷载作用下两种材料协调变形，共同受力； （2）钢材与混凝土具有基本相同的温度线膨胀系数 （钢材为1.2×10-5/oC，混凝土为1.0~1.5×10-5 /oC ）； 保证温度变化时，两种材料不会产生过大的变形差 而导致两者间的粘结力破坏。 （3）混凝土的碱性环境 粘结力——Bond 第一章 绪论 1.1.3 混凝土结构的优缺点 一、优点 （1）就地取材 （2）合理用材、经济性好 （3）耐久性和耐火性好、维护费用低 （4）可模性好 （5）整体性好，且通过合适的配筋，可获得较好 的延性： 适用于抗震、抗爆结构等； 第一章 绪论 二、缺点 ⑴ 自重大 不适用于大跨、高层结构。 轻质、高强和预应力。 ⑵ 抗裂性差 普通RC结构，在正常使用阶段往往带裂缝工作。 预应力混凝土。 1.1 混凝土结构一般概念和特点 第一章 绪论 1.2 混凝土结构的发展简况 ▲ 1824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥。 ▲ 1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋 混凝土小船。 ▲ 1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋。 ▲ 混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。 ▲ 与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并 不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为土 木工程中最主要的结构。 第一章 绪论 混凝土结构发展的三个阶段 第一阶段：从钢筋混凝土发明到20世纪初。 材料：钢筋和混凝土的强度都比较低（<C20）。 计算理论：容许应力设计方法。 应用：主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和 基础等构件。 1.2 混凝土结构的发展简况及其应用 第一章 绪论 第二阶段：从上世纪20年代到 第二次世界大战前后 材料：混凝土、钢筋强度不断提高。 计算理论：破损阶段设计法 极限状态设计法（定值法）。 应用：已应用于简单的结构中，特别是1928年法国 土木工程师弗雷西奈（E.Freyssnet）发明了 预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造 大跨度结构。 第一章 绪论 第三阶段：二战以后到现在 材料：强度继续提高。 尤其是高强、高性能混凝土和高强钢筋的发展， 泵送商品混凝土技术的发展等。 目前国内常用的砼强度等级为C20 ~C45。 设计计算理论：以概率理论为基础的极限状态设计法。 计算机技术推进了设计理论的发展。 应用：建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、 特长跨海隧道、高耸结构等大型工程。 第一章 绪论 台北101 101层, 508m 金茂大厦 88层, 421m 第一章 绪论 重庆市万县长江大桥 1.2 混凝土结构的发展简况及其应用 第一章 绪论 元江大桥 1.2 混凝土结构的发展简况及其应用 第一章 绪论 1.3 课程的主要内容、特点与学习方法 一、课程的主要内容 受拉构件 受弯构件 受压构件 受弯构件 受扭构件 受压构件 研究四种构件在两种极限状态下的受力性能、设计计 算方法及构造措施。 第一章 绪论 二、课程的内容框架 材性 设计方法 四种基本构件 承载能力极限状态 （安全性） 正常使用极限状态 （适用性、耐久性） S≤R 课程的内容框架 第一章 绪论 三、课程的特点 1、实验性、理论性和实践性很强。 2、突出特点是以实验研究为基础，提出假定、 进行简化、建立实用的设计计算方法和公式， 用于解决工程实际问题。 3、内容存在“七多”，即概念多、公式多、系数多、 符号多、构造规定多、教学环节多，文字叙述多。 第一章 绪论 受力性能 理论分析 构件设计 基本理论 问题的复杂性 材料的力学性能 两种材料的配比 两种材料的共同工作 结构设计 工程应用 问题的综合性 问题不是单一的 解答是不唯一的 第一章 绪论 四、学习方法 1、钢筋混凝土结构是一门实验性很强的学科 由钢筋和混凝土两种力学性能不同且复杂的材料组成， 所以钢筋混凝土的力学性能十分复杂。 因此，其受力性能、设计计算方法及配筋构造不可能 用力学方法推出， 必须建立在实验研究的基础上。 1.3 课程的主要内容、特点和学习方法 第一章 绪论 2、构件和结构设计是一个综合性问题 设计过程包括结构选型、构件布置、内力分析、配筋 计算、配筋构造、绘制施工图等。 设计中许多数据可能有多种选择，因此设计结果不是 唯一的。 最终的设计结果应是安全适用和经济合理的。 1.3 课程的主要内容、特点和学习方法 第一章 绪论 3、本课程的学习应与设计规范相结合 （1）设计规范的作用：设计规范是具有约束性和立法 性的文件，其目的是使工程结构设计既安全适用又经 济合理。 （2）国内的五本砼结构设计规范：建工GB50010-2002、 公路JTG D62-2004 、水工SL/T191-96、港工JTJ267-98、铁 路TB10002.3-）。 （3）本课程学习的重点：本课程以基本理论为主，并 结合主要用于 建筑结构的《混凝土结构设计规范GB50010-2002》 道桥结构的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设 计规范》（JTG D62—2004）学习。 第一章 绪论 4、设计工作是一项创造性工作 一方面设计应遵循规范， 另一方面只有深刻地理解规范，才能发挥设计者的主 动性和创造性。 本学科还在不断地发展和更新，因此设计工作也不应 被规范束缚，在经过各方面的可靠性论证后，应积极 采用先进的理论和技术。 规范一般十年左右修订一次，就是为了反映学科最新 的发展成果。 5、基本构件学习时应抓住的一条基本线索 （1）实验研究； （2）简化（基本假定）； （3）建立计算公式和公式条件； 链接下一章 （4）设计计算（截面复核和截面设计）； （5）构造措施。